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1、利用LabVIEW和NISingle利用LabVIEW和NISingle-BoardRIO开发太阳能供电的牛奶冷藏系统xuliyuan导语：通过对热能的转换和存储，并在冷冻牛奶时释放能量的方法，结合利用太阳能和可用的电网电力驱动一套冷藏系统。挑战:为印度无法确保电力稳定供给的农村地区开发牛奶冷藏系统。解决方案:通过对热能的转换和存储，并在冷冻牛奶时释放能量的方法，结合利用太阳能和可用的电网电力驱动一套冷藏系统。为了解决印度缺少运输新鲜食品的冷链设施问题，PrometheanPowerSystems公司最近开发了一套冷藏系统，成功解决了印度奶业的面临的一系列特殊挑战。印度的牛奶供给;分散于广大农
2、村中的无数个小农场。如今的牛奶采集经过特别低效，主要依靠于每日两次的热牛奶采集工作，其结果是过高运输成本和频繁的牛奶变质炎热季节会高达30%。假如牛奶企业能够在乡村采集中心对原奶进行速冷处理，那么运输成本能够减少一半，并能避免牛奶变质问题，还能够给奶农带来更多的收入。市场上已经有专用的牛奶冷藏设备销售了，然而农村地区电力供给不稳定，假如采用该方案就需要利用柴油发电机为这些设备供电，毫无疑问这增加了投资和运行成本，不是一种好的解决方案。基于这些调查，我们开场设计一套更合适偏僻乡村地区的牛奶冷藏系统。由于我们把握了领先的太阳能设备的专业知识与技术，并且对于例如像印度这些阳光充足的地区，太阳能普遍被
3、以为是一种可行而且经济的能源，所以我们基于太阳能进行了系统设计。然而，由于牛奶冷却系统格外重要，必须全年全天候运行，因而我们将太阳能和可用的电网电力结合起来成为一个更完美的系统，即便在长时间乌云蔽日的天气或者电网中断的情况下也能正常运行图1。图1.太阳能光伏阵列为蓝色屋顶建筑内的冷藏系统供电系统设计的一个关键部分就是管理两套电源太阳能和电网与负载配电的控制系统。负载通常为一个冷水箱，它利用一个制冷压缩机将电力能源转化为制冷功并将热能储存起来。然后这部分冷水在早晨和晚间采集牛奶时用于冷却牛奶。另外，还有一套小的电池负载系统用于确保控制系统和制冷泵在没有太阳能和电网电力时正常运行。我们意识到需要设
4、计一套嵌入式控制系统以运行各种复杂算法，同时为奶农提供一个简单的操作界面。因而，我们决定采用NISingle-BoardRIO平台和LabVIEW实时模块作为我们的开发系统。在简单操作界面图2的后面是一套复杂的系统，它结合LabVIEW软件和NI硬件来控制牛奶冷藏系统的运行，并为后续工程分析和改良设计采集珍贵的数据。系统的输入包括温度、电流和流量传感器，输出为数字控制信号，大部分输出是通过对可重配置I/O(RIO)平台内置FPGA硬件编程生成的。图2.为奶农设计的简易操作界面控制软件包括多个不同的且独立的并行运行的比例-积分-微分PID控制循环以控制系统温度保持在系统的关键温度点。另外，嵌入式
5、软件为后续分析采集和存储了数据。这套系统的一个特点是配合简单的文本通信协议及专用的Twitter账号图3，使用手机通信-通常偏僻地区只要这种通讯方式-发布运行的概要数据。图3.LabVIEW系统定时向twitter网页发布运行数据系统一个重要的方面是动态负载平衡算法。该算法调节系统以太阳能独立供电、电网独立供电或者太阳能与电网联合供电的方式运行如图4。动态负载平衡通过利用FPGA平台自行编程、使用PWM信号控制流向制冷压缩机的电力得以实现。图4.利用LabVIEW实时模块和FPGA编程实现动态负载平衡系统由于参加的电池，因此变得愈加复杂。电池在系统中扮演了负载和电源的双重角色。针对这一特性设计了一套控制算法，用于断定何时电池需要充电、何时电池作为系统的电源。电池控制经过仔细的设计能够确保电池组始终高效地充电。结论使用LabVIEW实时模块和NISingle-BoardRIO平台，我们设计并搭建现场试验原型系统，这套系统运行着复杂的控制算法并收集珍贵的工程数据，同时系统具有操作方便、易于纠错的特点。系统如今运行于印度南部偏僻地区，天天进行牛奶冷却工作。随着我们向批量生产和商业化方向不断推进，从这个原型上采集的数据将用于后续的系统改良和简化设计中。0